[發(fā)明專利]具有卡匣式光路系統(tǒng)的多化合物氣體分析儀

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 01117732.2
• 申請日: 2001-04-30
• 公開（公告）號: CN1384350A
• 公開（公告）日: 2002-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張世易
• 申請（專利權(quán)）人: 眾智光電科技股份有限公司
• 主分類號: G01N21/35
• 分類號: G01N21/35
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 魏曉剛

發(fā)明的領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有卡匣式(Cassette)光路系統(tǒng)的多化合物氣體(此后簡稱多氣體或多種氣體)分析儀，特別涉及一種單一化、及系統(tǒng)化且不需任何移動件即可同時量測多種氣體的多氣體分析儀。

傳統(tǒng)技術(shù)的描述

現(xiàn)代人類的生活環(huán)境由于人口的密集以及工業(yè)化、商業(yè)化所造成的空氣污染影響人類的身體健康問題已經(jīng)引起各界人士廣泛的注意。人類生活環(huán)境中的空氣品質(zhì)如何判斷？空氣受到污染的程度如何？受到污染的空氣中有哪些是有害于人類身體健康的氣體？以及這些有害于人類身體健康的氣體其含量有多少？這些問題有賴于精密且可靠的儀器來量測。由于政府機關(guān)對空氣污染政策的強制執(zhí)行，在量測空氣品質(zhì)的領(lǐng)域中，對室內(nèi)空氣品質(zhì)以及機動車排氣的單一氣體或多種氣體的量測儀器便有高度的要求。其指定需要量測的氣體計有二氧化碳(CO₂)、碳氫化合物(HC)、以及一氧化碳(CO)等等。在諸多量測儀器中，量測這些氣體的方法有多種，目前以“非分散式紅外線光譜量測法”(此后簡稱為NDIR，nondispersive?infrared)最為普遍。

NDIR是利用氣體對紅外線(此后簡稱IR，infrared)光譜的選擇性吸收原理，每一種氣體基本上在某特定的波長范圍有一個或多個不同的IR吸收特性。對應(yīng)于某一特定波長的氣體，其對某一頻率下的IR光的吸收強度是直接與該氣體的濃度有關(guān)。這種氣體吸收原理稱為畢爾-蘭伯定律(Beer-Lambert?Law)。如圖1所示，根據(jù)這項定律，一氣體對IR的吸收強度是與該氣體的濃度和光路徑長度成正比，如今

A＝氣體對IR的吸收強度(absorbance)，是取原始入射光與經(jīng)吸收后的光強度比值，再取對數(shù)而得。

K＝氣體對IR的吸收系數(shù)(absorption?coefficient)

C＝氣體的濃度(concentration)

L＝氣體吸收IR所經(jīng)的總光路徑(light?path)長度則其間的關(guān)系為

A＝K×C×L

如圖1所示，理想上該氣體對IR的吸收強度與該氣體的濃度是成直線關(guān)系，但實際上的情況均有偏差而呈非線性關(guān)系，并且，光學(xué)密度(opticaldensity)越高，其偏差的程度越大，其中光學(xué)密度是指濃度C和光路徑長度L的乘積(C×L)。為降低此偏差值以提高系統(tǒng)量測的精確度(accuracy)，系統(tǒng)的設(shè)計者需選擇一光學(xué)密度的最佳值，亦即，對濃度(C)較高或吸收性較強的氣體，其光路徑需選擇較短者，反之，對濃度較低或吸收性較弱的氣體，其光路徑需選擇較長者，因此，若要設(shè)計一氣體分析儀能同時量測多種氣體，則必須能夠選擇使用多種不同的光路長度，以延長儀器的可量測動態(tài)范圍。

另外，每一特定氣體所能吸收IR的頻率范圍均為一定。因此，對應(yīng)于此一頻率范圍均需某一特定的濾光片(filter)來過濾并選取單一特定頻率的IR，然后再以一傳感器(sensor)來感測其光強度(light?intensity)的變化。也有將濾光片和傳感器結(jié)合成一檢測器(detector)者。

本發(fā)明所引述的第一傳統(tǒng)技術(shù)為如圖2所示美國專利第5,222,289號的一多路氣腔(multi-channel?gas?sample?chamber)。如圖2所示，該項第一傳統(tǒng)技術(shù)的特征為一長圓筒形空心導(dǎo)光管的周圍202上含有多個檢測器(detector)206、208、和210，各裝設(shè)在多個檢測器口(detector?port)212、214、和216上，且在出光口的一端上亦設(shè)置一檢測器218。這些檢測器是用來同時量測多種氣體以相應(yīng)前述的基本原理，亦即吸收性較強的氣體需選擇較短的光路徑，反之，對吸收性較弱的氣體需選擇較長的光路徑。

但是該第一傳統(tǒng)技術(shù)實際上并無法達到預(yù)期的效果，其理由如下：

1.導(dǎo)光管的周圍202上所設(shè)置的檢測器206、208、和210其所接收到的IR如圖2中的箭頭所示均為呈斜角的入射光，而因垂直入射于檢測器的入射面(incident?surface)時其效果最好，故此呈斜角的入射光會影響設(shè)置于檢測器中的濾光片(filter)的輸出頻率的正確性。

2.由于入射光呈斜角，入射光的強度即減弱，故輸出的信/雜比值則降低。